纯钛带冷轧起筋缺陷分析

缪剑波

目前纯钛板带材的生产主要采用六辊、十辊和二十辊等其他多辊轧机轧制。在钛板带生产技术最为先进的日本采用二十辊轧机进行轧制，厚度0.3～3mm，生产效率高，尺寸精度、板形、表面质量非常好。但在实际生产过程中，特别是大卷重宽幅薄带材生产过程中，仍然存在着起筋、浪形等质量问题。其中，以起筋最为严重，给产品的质量以及企业的效益带来了不利的影响，是亟待解决的产品质量问题。

冷轧钛带在卷取成卷后，带卷表面周向的局部隆起，叫做起筋。对于纯钛薄带，起筋多发生于厚度＜0.8mm以下规格，表现形式多以单筋为主。起筋引起的直接后果是使带材产生附加浪形，使板型和表面质量受到影响，造成产品降级，严重的甚至要进行剪切，分卷处理。不仅降低了产品的质量，还造成原材料的浪费，降低了生产效率。
轧制试验发现，相同规格不同批次热轧卷冷轧后起筋量与起筋概率不同，说明热轧原料本身对冷轧起筋有较大的影响。在热轧来料中，普遍存在着擦伤、镰刀弯、裂纹等缺陷，对后续冷轧过程中出现的各种缺陷的产生有一定的影响。热轧来料局部高点对冷轧带材的影响虽然只局限在高点及附近小范围内，但对于极薄带材，足以引起带材局部隆起“起筋”甚至形成局部浪形与隆起相交织的严重质量缺陷。
通过对不同板形曲线的相同张力与相同板形曲线的不同张力等情况的试轧发现，在相同张力不同板形曲线设定条件下，当板形曲线参考不锈钢带材设定时，起筋概率高，将板形曲线设定作调整后试轧，起筋概率与起筋量大幅下降。在相同板形曲线不同张力设定条件下，大张力轧制较小张力轧制起筋概率高，但大小张力轧制起筋概率与起筋量相差不明显，由此得知传统不锈钢薄带大张力轧制并不适用于纯钛带材的轧制。通过对以上试轧结果的分析，起筋这种周向的隆起，是一种板形控制、张力控制等多种因素共同作用的结果，从力学角度分析，起筋是一种轴向力作用的结果。
虽然钛带冷轧时轧速很慢，但如果润滑液皂化值等性能不佳或者喷嘴堵塞，将导致润滑不均而造成变形区应力分布不匀从而产生轴向分力。在轧制变形区，中性面偏移而产生的轴向分力，这个分力也许很小，但对于板面向中心的收紧有一定的影响。而轧制变形过程中，局部高点或者局部硬度会导致变形区应力分布不均而产生轴向分力。
设备震动与不均匀的张力相互作用后会产生轴向分力，收卷时中心微小偏移、厚度不均以及层与层之间孔隙偏差等等的相互叠加效应都会产生轴向分力。
在现场试验与理论分析的基础上，根据实际生产的特点建立了起筋临界条件的数学模型，屈曲失稳临界应力与带材厚度的四次方成正比，与宽度的平方成反比。同时，轴向应力受前张力、摩擦系数与宽厚比这三个因素影响最大，在宽厚比不变的前提下，通过适当减小前张力，改变轧制润滑油或者在收卷端垫衬纸以增大摩擦力等手段可有效抑制起筋缺陷的发生。